半导体光刻工艺技术基础.pptx

Contents 1.半导体技术半导体技术2.光刻技术在光刻技术在IC制造中的作用制造中的作用3.光刻的工艺流程光刻的工艺流程4.光刻胶光刻胶5.光刻机光刻机6.光源光源7.技术改进和新技术技术改进和新技术一、半导体技术一、半导体技术l半导体定义半导体定义 l半导体发展历史半导体发展历史半导体定义半导体定义l常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料，叫做半导体（semiconductor）l半导体五大特性电阻率特性，导电特性，光电特性，负的电阻率温度特性，整流特性。l半导体的应用，按照其制造技术可以分为：集成电路（IC）器件，分立器件、光电半导体、逻辑IC、模拟IC、储存器等大类半导体发展历史半导体发展历史l1833年，英国巴拉迪年，英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着温度的上升而降低（负电阻率温度特性）。这是半导体现象的首次发现。l1839年，法国的贝克莱尔年，法国的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压-光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特征。l1874年，德国的布劳恩年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，这就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第三种特性。l1873年，英国的史密斯年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特有的性质。l1911年考尼白格和维斯年考尼白格和维斯首次定义半导体这个名词。l1947年年12月由贝尔实验室完成四特性的总结并最终应用。月由贝尔实验室完成四特性的总结并最终应用。二、光刻技术在二、光刻技术在IC制造中的作用制造中的作用l何谓集成电路何谓集成电路IC lIC芯片剖面图芯片剖面图l单层制造流程简述单层制造流程简述 l光刻设备在光刻设备在IC制造中的作用制造中的作用 何谓何谓IC-集成电路集成电路lIC:用硅的体电阻做电阻，用P-N结形成电容；所有有源和无源器件器件都集合到一个半导体材料上。l1958年9月，TI公司的Jack S.Kilby第一次将所有元器件（12个元件）都集合到一个的半导体材料上,产生第一块集成电路。2000年度荣获诺贝尔物理学奖。l现在，超大规模集成电路，一个芯片可以容纳百万个元件。IC芯片剖面图（多层）芯片剖面图（多层）N-WellP-WellP+P+N+N+IMD 1IMD2 M2M1V1MTPA OX PA SIONVIAAL Pad Local(Nano realm)Intermediate GlobalLitho Key layers:STI、POLY、C.H.、M1图:一个CMOS器件的剖面示意图。光刻设备在光刻设备在IC制造中的作用制造中的作用 -IC电路单层制造流程简介电路单层制造流程简介 在在wafer（晶圆）预检侧完毕被送到（晶圆）预检侧完毕被送到FAB的工艺线上后，先后在的工艺线上后，先后在wafer表面生表面生长出一层致密的长出一层致密的SiO2膜和另外一层膜和另外一层Si3N4膜，分别称为膜，分别称为PAD Oxide和和Nitride。NitridePAD OxideSTI:shallow trench isolate浅沟槽隔离工艺光刻设备在光刻设备在IC制造中的作用制造中的作用 -IC电路单层制造流程简介电路单层制造流程简介NitridePRPAD Oxide 然后在两层膜的表面甩上光阻、曝光、显影，进而在wafer表面形成光阻的电路图形。光刻设备在光刻设备在IC制造中的作用制造中的作用 -IC电路单层制造流程简介电路单层制造流程简介 NitridePRPAD Oxide随后进入光阻图形转换至晶圆表面阶段：通过各种刻蚀工艺转换图形至晶圆表面。最后，将作为遮挡层的光阻（PR）剥离。到此第一层工艺完成。黃光黃光薄膜薄膜刻刻蚀蚀植入植入光阻去除光阻去除流程流程说说明明图释图释薄膜薄膜(Thin_film)1.化学气相沉积化学气相沉积(CVD)2.金屬金屬溅镀溅镀(PVD)3.扩散扩散(Diffusion)黃光黃光(PHOTO)1.光罩光罩(MASK)2.光阻光阻(Coater)3.曝光曝光(Exposure)4.显影显影(Development)刻蚀刻蚀(ETCH)1.湿蚀湿蚀刻刻(Wet-ETCH)2.干干蚀蚀刻刻(DRY-ETCH)光阻去除光阻去除(PR remove)将将光阻去除光阻去除后后就是我們所需的就是我們所需的图图形形(PATTERN)FILMWaferWaferFILMWafer光阻光阻FILMWafer光阻光阻FILMWafer光罩光罩光刻设备在光刻设备在IC制造中的作用制造中的作用 -IC电路单层制造流程简介电路单层制造流程简介2545次litho65nm,45层光刻决定CD光刻设备在光刻设备在IC制造中的作用制造中的作用l由POLY工艺：-集成电路的最小线宽决定于光刻设备的分辨率。它定义了半导体器件尺寸。-光刻设备是IC制造中的核心设备。Diffusiondepositionimplantetchingplatinglithography三、光刻的工艺流程1.光刻工艺光刻工艺2.光刻关键参数光刻关键参数光刻工艺光刻工艺Standard Litho Process Wafer Flow(1)光刻工艺流程光刻工艺流程Standard Litho Process Wafer Flow(2)PR Developing 52s Puddle,45s Rinse Hard Bake 110 C 60 S Cooling 23 CSi BaseIMD FilmSi BaseIMD FilmSi BaseIMD Film Etching Si BaseIMD+e-e-e-e-e-Ion PlasmaSi BaseIMD FilmSi BaseIMD Film CD Measurement CDCuCu IMD 1 Si Base IMD2PRPROVL Measurement ADI inspection 光刻工艺流程光刻工艺流程请大家思考两个问题：请大家思考两个问题：国贸高楼，建筑师建造之的国贸高楼，建筑师建造之的难度难度和和关键点；关键点；给你的朋友给你的朋友照像照像时，如何才能留下时，如何才能留下那美好的一瞬间，永久回忆？那美好的一瞬间，永久回忆？光刻关键参数光刻关键参数Answer：国贸高楼国贸高楼对准和线宽控制；对准和线宽控制；照像照像1）光线；）光线；2）好的底片；）好的底片；3）好的相机；）好的相机；4）失真？）失真？5）本人天生面目？）本人天生面目？光刻关键参数光刻关键参数For design rule:Resolution Light Source Depth of Focus(DOF)LinearityLine-edge RoughnessCD UniformityOverlayAspect RatioResist film lossCD uniformity Etch SelectivityMicro-lithography Key parameterPRSiON FSG LSPitch=L+SLitho EquipmentSiN Litho Chemistry 光刻关键参数光刻关键参数 CD（Critical Dimension）:Line Width,Space Width or Hole Diameter of specified designed pattern to monitor photo process condition and resolution capability.光刻关键参数光刻关键参数Overlay 光刻关键参数光刻关键参数Two Criterions:CD v.s.Overlay 光刻关键参数光刻关键参数四、光刻胶1.光刻胶的组分光刻胶的组分2.光刻胶的种类光刻胶的种类3.光刻胶特性概要光刻胶特性概要光刻胶的组分光刻胶的组分光刻胶的组分光刻胶的组分光刻胶的种类光刻胶的种类光刻胶的种类光刻胶的种类光刻胶的种类光刻胶的种类光刻胶的种类光刻胶的种类光刻胶特性概要五、光刻机1.概述概述2.接近式光刻机接近式光刻机3.接触式光刻机接触式光刻机4.步进式光刻机步进式光刻机5.扫描式光刻机扫描式光刻机6.相关光学专题相关光学专题概述接触式光刻机接近式光刻机步进式光刻机相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题相关光学专题六、光源1.光源要求光源要求2.光谱及光刻机光源光谱及光刻机光源3.下一代光源下一代光源光源要求光谱及光刻机光源光谱及光刻机光源光谱及光刻机光源光谱及光刻机光源下一代光源七、技术改进和新技术1.概述概述2.OPC3.浸没式光刻浸没式光刻4.NGL概述OPCOPCOPCOPC浸没式光刻浸没式光刻浸没式光刻浸没式光刻浸没式光刻浸没式光刻浸没式光刻浸没式光刻浸没式光刻下一代光刻技术（NGL）下一代光刻技术（NGL）下一代光刻技术（NGL）下一代光刻技术（NGL）下一代光刻技术（NGL）下一代光刻技术（NGL）Thanks！